百万吨煤制油项目循环换热分离器运行问题及解决措施

总结并分析了百万吨煤制油项目循环换热分离器先后出现的分离内件堵塞、热侧整体压差大等问题及原因,提出了采用"进口单囊波纹板"结构、"进口单囊波纹板+粗孔丝网"结构、"国产波纹板+筛孔板"结构的3种改造方案,并优化了工艺操作参数。运行经验证明,采用"国产波纹板+筛孔板"结构改造后的分离器运行效果最佳,能够满足费托合成装置满负荷安稳运行需求。     

单相自然循环回路的强化对流传热特性

通过实验对比分析了带有单相自然循环回路元件的铜板与光滑铜板相隔冷热空气逆流换热的换热效果。 结果表明，相同泵耗功情况下，加装单相自然循环回路元件的换热板的换热量是光滑铜板的1.1~1.3倍。在此基础上，本文通过数值模拟进一步对比分析了加装单相自然循环回路元件与相同形状、尺寸的铜翅片换热效果，针对影响自然循环回路传热性能的主要因素，如循环回路高度、横向与轴向倾斜角度、冷热源温差等，进行了数值模拟研究。结果表明：只有当温差超过等效温差点后，自然循环回路元件的换热效果才强于相同形状和尺寸的铜翅片；随着几何尺寸减少以及倾斜角度的增加，自然循环元件与铜翅片的等效温差点随之升高。     

全混流反应器的热稳定性对传热温差限制的探讨

本文导出了为在全混流反应器内实现热稳定操作时对传热温差的限制条件，可作为选定反应器与换热介质温度的依据。     

高温热泵工况下非共沸工质在换热器中的换热特性

为了探究非共沸工质与换热流体之间的相变传热温差特性,在单级蒸气压缩式水-水高温热泵系统实验台上,以R290/R600（称为Z1,质量比17%/83%）为工质进行了多工况的实验研究。实验发现,工质Z1在冷凝器中会出现最大传热温差,且最大传热温差的位置会随着冷凝器中水流量的减小而向冷凝器的冷端移动;在蒸发器中会出现最小传热温差,其位置随着蒸发器中水流量的减小而向蒸发器的冷端移动。分析结果表明,在蒸发器侧工况恒定时,冷凝器侧最大传热温差的出现会使系统的循环效率降低,冷凝器中因不可逆传热引起的可用能损失增大;在冷凝器侧工况不变时,蒸发器侧最小传热温差的出现会使系统的循环效率上升,蒸发器中因不可逆传热引起的可用能损失减小。     

PCHE内轴向导热对局部换热性能的影响研究

通过改变印刷电路板式换热器(PCHE)通道壁厚、直径以及冷热侧CO_2进口温度差,数值分析了层流条件下,轴向导热对PCHE内超临界压力CO_2流动换热的影响。结果表明,考虑轴向导热时,局部热通量沿程变化更加平缓,冷侧对流传热系数在小于拟临界温度区域变小,而热侧对流传热系数在小于拟临界温区域增大;轴向导热仅对热效率峰值附近区域有所影响,其使得峰值略有增大且向低温侧移动;传热熵产主要发生在高温区域,轴向导热可有效降低局部传热熵产。增大壁厚和直径可增大轴向导热的影响,而增大进口温差,轴向导热的影响变化不大。     

温差驱动型自反馈对流换热系统

在流体导热系统的基础上,引入热功转换子系统,构造了一种温差驱动型自反馈对流换热系统。它可以在无外界机械能输入的情况下,利用换热过程中的温差将部分热能转换为机械能驱动流体流动,达到强化换热的目的。通过最小火积耗散热阻原理优化了流体的对流换热过程,获得了给定条件下对流换热性能最优的速度场和温度场。结果表明:对于本文算例,自反馈系统的换热性能可达同边界条件下的纯导热系统的10倍,自然对流换热系统的8.4倍,验证了温差驱动型自反馈对流换热系统可以实现强化传热的设想。     

PCHE内轴向导热对局部换热性能的影响研究

通过改变印刷电路板式换热器（PCHE）通道壁厚、直径以及冷热侧CO₂进口温度差,数值分析了层流条件下,轴向导热对PCHE内超临界压力CO₂流动换热的影响。结果表明,考虑轴向导热时,局部热通量沿程变化更加平缓,冷侧对流传热系数在小于拟临界温度区域变小,而热侧对流传热系数在小于拟临界温区域增大;轴向导热仅对热效率峰值附近区域有所影响,其使得峰值略有增大且向低温侧移动;传热熵产主要发生在高温区域,轴向导热可有效降低局部传热熵产。增大壁厚和直径可增大轴向导热的影响,而增大进口温差,轴向导热的影响变化不大。     

纵翅片结构形式对管换热器性能的影响

提出了一种可改善换热效率的百叶窗式纵翅片换热管的结构模型,对其进行简化,采用Fluent软件对换热管烟气侧流动与传热过程进行数值模拟,对比了两种百叶窗纵翅片与普通纵翅片的换热效率与压降,结果发现：百叶窗式纵翅片传热效果比普通纵翅片高130%以上。模拟了6组不同流体入口速度下传热与压降的变化情况,分析了百叶窗翅片间距与倾斜角度对传热与压降的影响,结果表明：入口速度越大,进出口温差越小,压降越大;翅片间距越大,进出口温差和压降都越小;翅片倾斜角度越大,换热效果相差不大,压降越大。搭建了简易实验平台对模拟结果进行验证。     

磁场调控磁性纳米流体流动和传热研究进展

磁性纳米流体在实现能量高效和可控传递领域极具发展潜力。本文综述了磁场作用下磁性纳米流体对流换热及沸腾换热的最新进展,主要包括强制对流换热、混合对流换热、自然对流换热、池沸腾换热及管内沸腾换热等方面的实验研究,分析了磁场类型、强度、梯度、频率、方向及磁铁位置等对磁性纳米流体流动和热传输特性的影响,指出可通过改变外加磁场来实现对磁性纳米流体流动和传热的控制,并探讨了磁性纳米流体流-磁耦合作用下的传热机理以及目前所面临的挑战。在此基础上,提出了未来磁场调控磁性纳米流体对流换热和沸腾换热的主要发展方向：制备稳定的磁性纳米流体,建立系统有效的流动和传热理论模型,并从微介观尺度诠释热-流-磁耦合协同换热机理。     

循环换热分离器运行过程分析

循环换热分离器是费托合成工艺核心设备,通过总结分析8台循环换热分离器改造前后运行数据,证明现有改造措施无法长期有效解决热侧整体压降、换热性能、重质油分离效果差的问题,费托合成装置随运行周期被迫降负荷且能耗高,对此提出将换热器与分离器独立设置的改造思路,建议换热器选用传统列管式结构,分离器选用抗堵旋风式结构。     

翅片板式传热器双流道传热与流动数值模拟

焊接型板式传热器的紧凑性好、质量轻、传热性能好、初始成本低等优越性已越来越被人们所认识,因此人们纷纷对板式传热器内流动状态和传热机理展开研究。鉴于此,本文运用数值模拟软件Fluent对全焊接翅片板式传热器双流道进行模拟,在此基础上又进行了实验研究及实验数据与数值模拟的对比分析,得出不同结构参数和操作参数下翅片的传热系数和压力降,并分析翅片高度和翅片间距对翅片传热性能与流动阻力的影响。结果表明：①固定冷侧的入口速度和温度,热侧的传热系数和压降随之热侧入口速度增加而增大;②板间距一定时,翅片高度并非越高传热性能越好;③翅片间距越小,传热性能越好。     

帘式折流片换热器强化传热数值研究

为解决折流板换热器壳程流体阻力过大和折流杆换热器低Re下传热系数较小等管壳式换热器的不足,提出了壳程流体"斜向流"的新概念,研制了新型高效节能管壳式换热器?帘式折流片换热器,其壳程传热系数高于折流杆换热器20%～30%,而壳程压力损失大幅低于折流板换热器。以场协同原理分析了斜向流的强化传热机理,指出在帘式折流片换热器壳程中流体速度场与温度梯度场间的夹角小于折流杆换热器,是其强化传热的重要原因。对帘式折流片换热器中折流栅间距、折流片倾角、折流片宽度等重要几何参数对传热和压降的影响规律进行了数值模拟研究,并据此推导了壳程传热系数和流体阻力降准数关联式,为其工程设计和推广应用提供了参考依据。     

螺旋隔板三维翅片管传热实验研究与数值模拟

文章对冷却水在换热器管程流动并与壳程的热油逆流换热条件下,对螺旋隔板三维翅片管换热器的传热与压降性能进行了实验研究,并与光滑管进行了对比。在相同壳程Reynolds数下,三维翅片管的壳程Nusselt数是光滑管的2.2—2.9倍,而压降是光滑管的2.3倍左右。采用计算流体力学软件F luent 6.0对螺旋隔板三维翅片管和光滑管换热器进行了数值模拟。结果表明,螺旋流条件下光滑管表面速度矢量均匀、稳定,而三维翅片表面的速度矢量因翅片激发流体而产生湍动和不规则的二次流,从而强化了流体的对流传热。对于螺旋隔板三维翅片管换热器,壳程Nusselt数和压降的数值模拟结果与实验计算值吻合良好,最大偏差分别为6.3%和9.8%。     

连续螺旋折流板换热器壳程流动与传热数值模拟

建立了连续螺旋折流板换热器三维模型并划分网格,采用分离式求解器、SIMPLE压力速度耦合方式与Realizable k-ε湍流模型,利用FLUENT软件对连续螺旋折流板换热器壳程流体流动与传热进行了模拟计算,得到壳程流体速度、压力与温度分布图,并与传统弓形折流板换热器作比较。螺旋折流板节距与弓形折流板间距相等时,螺旋折流板换热器壳程传热系数增加了25%左右,而压力降减小了18%左右。通过对不同螺旋角度的螺旋折流板换热器进行模拟分析,发现随螺旋角增大壳程传热系数和压力降都呈减小趋势,且壳程流体进口平均速度越大,作用越明显,故在实际工程中,盲目追求高的传热系数或低的压降都是不可取的。本数值模拟可为螺旋折流板换热器进一步的工程研究提供可靠的理论参考依据。     

勃劳特换热器的性能

勃劳特换热器的性能周绪美，陈建铭，张鹏远，冯元鼎，丁华（北京化工大学化学工程系）关键词勃劳特换热器；压降１引言在生产过程中，气体与气体之间进行热量交换的换热器，在性能评比时，应该用两项指标来衡量。其一是单位产品所需传热面积要小，其二是单位压降的传热膜...     

三维翅片管外螺旋流动传热强化

流体在螺旋隔板换热器的壳程类似于塞状流流动,几乎没有返混和流动死区.在相同压降下,其传热系数比普通的弓形隔板换热器高得多.以润滑油作为实验介质,研究了润滑油在螺旋隔板单管换热器的壳程传热和压降性能,并与光滑管进行了性能对比.采用Wilson图解法分别分离出了螺旋隔板花瓣管和光滑管单管换热器的管程传热系数,并计算出各自的壳程传热系数,壳程传热系数相对误差为±3％.实验结果表明,在相同Reynolds数下,螺旋隔板花瓣管单管换热器的Nusselt数和压降Δp分别是螺旋隔板光滑管单管换热器的2～2.7倍和1.3～1.4倍.与螺旋隔板光滑管单管换热器相比,螺旋隔板花瓣管单管换热器的传热性能的提高远高于压降的提高,证明在螺旋流条件下,花瓣管具有很好的传热强化性能.     

双波纹板束逆流传热与流动的数值模拟和实验研究

利用Fluent软件对一种全焊式双波纹板式换热器的板束传热与流动性能进行数值模拟,运用场协同原理进行强化传热机理分析的同时对双波纹板式换热器进行传热实验,验证数值模拟和理论分析的合理性。结果表明：双波纹结构使得流体在流道形成湍流,减薄板片的层流边界层并且改善了主流区域的速度与温度梯度的协同程度,强化传热。双波纹板束本身的传热系数受到板束热侧入口尺寸的影响,并且在固定尺寸上达到峰值,增大冷热流体入口速度可以提升板束的传热能力,同时也受到压降增大的影响。     

间断环面槽肋片管束的传热和流动阻力

应用热 -质比拟技术 ,对间断环面槽肋片管束进行了传质与流动阻力实验 ,根据热 -质比拟关系得出传热结果 .分析了该种换热芯子在不同板间距时的传热与阻力特性 .与光板肋片管换热芯子比较 ,该种换热元件的传热与阻力都有很大提高 ,而阻力增加幅度更大 .实验结果为运用单位选用肋片管式换热器提供了依据 .     

三维针翅片管在螺旋板换热器应用传热强化研究

将光滑管外表面进行滚压—犁切复合加工,形成了三维A型针翅片管,应用于连续形的螺旋导流板换热器中,流体在连续形螺旋导流板换热器的壳程中类似于塞状流流动,几乎没有返混和流动死区。在相同压降下,其传热系数比普通的弓形折流板换热器高得多。文章以润滑油作为实验介质,研究了润滑油在螺旋导流板三维A型针翅片管换热器的壳程传热和压降性能,并与光滑管螺旋导流板换热器进行了性能对比。实验结果表明,在相同Reynolds数下,螺旋导流板三维A型针翅片管换热器的Nusselt数和压降△p分别是光滑管螺旋导流板换热器的2.4～2.8倍和1.2～1.4倍。与光滑管螺旋导流板换热器相比,螺旋导流板三维A型针翅片管换热器的传热性能的提高远高于压降的提高,证明在螺旋流条件下,三维A型针翅片管具有很好的传热强化性能。     

细小槽道换热器内相变微胶囊悬浮液对流传热DPM模拟

基于离散相模型,采用颗粒比热容随温度变化分段函数描述颗粒的相变过程,模拟了相变微胶囊悬浮液在细小槽道换热器内的对流传热特性,考察了不同入口流量时换热器进出口压差及温差的变化规律,并与纯水进行比较,分析了换热器内部及加热面温度分布,研究了换热器典型通道修正的局部努赛尔数Nux*沿流动方向的变化规律. 结果表明,相变微胶囊悬浮液在换热器内的压损随流量变化规律与纯水一致,较纯水有所增大;引入相变微胶囊颗粒减缓了加热面和流体温度升高的速率,使换热器出口及加热面的温度比纯水低;受进出口位置影响,换热器内温度呈现中间通道低、向两侧逐渐升高的分布规律. 不同通道的Nux*沿流动方向的变化规律存在一定差异,部分通道内相变材料完全融化,而部分通道内相变材料尚未完全融化就流出换热器. 需改进换热器进出口位置或对换热器内部结构进行优化设计以获得较好的流量分配特性,从而改善换热效果.